Написати автору Синтез, структура та антимікробні властивості наночастинок срібла, сформованих у присутності гіперрозгалуженої іонної рідини
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.255
Анотація
Наночастинки срібла (НЧС) завдяки розмаїттю їхніх форм та властивостей є перспективними при отриманні наноматеріалів різного функціонального застосування. На сьогоднішній день незалежно від методу отримання НЧС існує проблема стабілізації їхньої поверхні для запобігання агрегації, яка значно знижує їхню активність та перешкоджає рівномірному розподілу при отриманні наноматеріалів. Метою роботи був синтез наночастинок срібла з використанням олігомерної іонної рідини (ОІР) та вивчення їхньої структури та антимікробних властивостей. У роботі вперше використано розроблену нами аніонну ОІР гіперрозгалуженої будови як стабілізатор поверхні в синтезі НЧС. Синтез НЧС здійснювали відновленням іонів Ag у складі AgNO3 тринатрійцитратом у присутності даної ОІР. Використовуючи методи ІЧ-спектроскопії, рентгеноструктурного аналізу, електронної мікроскопії та дискодифузійний метод було вивчено особливості структурної організації НЧС та їхні антимікробні властивості. Встановлено, що на поверхні сформованих НЧС знаходяться адсорбовані іонні та карбонільні групи і виявлено утворення комплексів типу «гість-господар» між ОІР та іонами срібла. Утворення НЧС та комплексів між ОІР та іонами срібла також підтверджується методом рентгеноструктурного аналізу. За даними електронної мікроскопії розмір синтезованих наночастинок варіюється від 5 до 16 нм, із середнім значенням 10.2 нм. Таке середнє значення дуже близьке до значенням D = 9.3 нм, отримане із результатів рентгеноструктурного аналізу. Синтезовані наночастинки срібла показали дуже високу інгібувальну здатність відносно грибків C. albicans, при цьому ширина зони інгібування d становила 34 мм. Також дуже високу активність порошок НЧС виявляє відносно грам-позитивних бактерій S. aureus (d = 30 мм) та грам-негативних бактерій E. coli (d = 12 мм). Розроблений нами підхід до синтезу НЧС у присутності ОІР як стабілізатора поверхні при певній функціоналізації останнього відкриває нові можливості в синтезі НЧС та отриманні високодисперсних систем на їхній основі, у тому числі функціоналізованих нанокомпозитних полімерних матеріалів з антимікробними властивостями.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Islam M.A., Mohan V.J., Antunes E. A critical review on silver nanoparticles: From synthesis and applications to its mitigation through low-cost adsorption by biochar. J. Environ. Manage. 2021. 281: 111918. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111918
2. Pal S., Tak Y.K., Song J.M. Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticle? A study of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Appl. Environ. Microbiol. 2007. 73(6): 1712. https://doi.org/10.1128/AEM.02218-06
3. Stetsyshyn Y., Awsiuk K., Kusnezh V., Raczkowska J., Jany B.R., Kostruba A., Harhay K., Ohar H., Lishchynskyi O., Shymborska Y., Kryvenchuk Y., Krok F., Budkowski A. Shape-Controlled synthesis of silver nanoparticles in temperature-responsive grafted polymer brushes for optical applications. Appl. Surf. Sci. 2019. 463: 1124. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.09.033
4. Lodeiro P., Achterberg E.P., Rey-Castro C., El-Shahawi M.S. Effect of polymer coating composition on the aggregation rates of Ag nanoparticles in NaCl solutions and seawaters. Sci. Total Environ. 2018. 631-632: 1153. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.131
5. Zhao Y., Liu L., Li C. Ye B., Xiong J., Shi X. Immobilization of polyethyleneimine-templated silver nanoparticles onto filter paper for catalytic applications. Colloids Surf., A. 2019. 571: 44. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.03.075
6. Bae J., Park H.J., Kim M.-R. Kim I. Dumbbell-type hyperbranched-polyglycidol-assisted green synthesis of metal nanoparticles. Nanosci. Nanotechnol. 2017. 17(10): 7373. https://doi.org/10.1166/jnn.2017.14795
7. Husanu E., Chiappe C., Bernardini A., Cappello V., Gemmi M. Synthesis of colloidal Ag nanoparticles with citrate-based ionic liquids as reducing and cappingagents. Colloids Surf., A. 2018. 538: 506. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.11.033
8. Meischein M., Fork M., Ludwig L. On the effects of diluted and mixed ionic liquids as liquid substrates for the sputter synthesis of nanoparticles. Nanomaterials. 2020. 10(3): 525. https://doi.org/10.3390/nano10030525
9. Tian N., Ni X.F., Shen Z.Q. Synthesis of main-chain imidazolium-based hyperbranched polymeric ionic liquids and their application in the stabilization of Ag nanoparticles. React. Funct. Polym. 2016. 101: 39. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2016.02.005
10. Schadt K., Kerscher B., Thomann R., Mülhaupt R. Structured semifluorinated polymer ionic liquids for metal nanoparticle preparation and dispersion in fluorous compartments. Macromolecules. 2013. 46(12): 4799. https://doi.org/10.1021/ma400551e
11. Shi Y.-Y., Sun B., Zhou Z., Wu Y.-T., Zhu M.-F. Size-controlled and large-scale synthesis of organic-soluble Ag nanocrystals in water and their formation mechanism. Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 2011. 21(6): 447. https://doi.org/10.1016/S1002-0071(12)60081-1
12. Istiqola A., Syafiuddin A. A review of silver nanoparticles in food packaging technologies: Regulation, methods, properties, migration, and future challenges. J. Chin. Chem. Soc. 2020. 67(11): 1942. https://doi.org/10.1002/jccs.202000179
13. Zhao D.M., Feng Q.M., Lv L.L., Li J. Fabrication and Characterization of Cellulose Acetate Ultrafine Fiber Containing Silver Nanoparticles by Electrospinning. Adv. Mater. Res. 2011. 337: 116. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.337.116
14. Xu Y., Li S., Yue X., Lu W. Review of silver nanoparticles (AgNPs)-cellulose antibacterial composites. BioRes. 2018. 13(1): 2150. https://doi.org/10.15376/biores.13.1.Xu
15. Krishnan P.D., Banas D., Durai R.D., Kabanov D., Hosnedlova B., Kepinska M., Fernandez C., Ruttkay-Nedecky B., Nguyen H.V., Farid A., Sochor J., Narayanan V.H.B., Kizek R. Silver nanomaterials for wound dressing applications. Pharmaceutics. 2020. 12(9): 821. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12090821
16. Lekha D.C., Shanmugam R., Madhuri K., Dwarampudi L.P., Bhaskaran M., Kongara D., Tesfaye J.L., Nagaprasad N., Bhargavi V.L.N., Krishnaraj R. Review on Silver Nanoparticle Synthesis Method, Antibacterial Activity, Drug Delivery Vehicles, and Toxicity Pathways: Recent Advances and Future Aspects. J. Nanomaterials. 2021. 2021: 4401829. https://doi.org/10.1155/2021/4401829
17. Lysenkov E., Stryutsky, O., Polovenko L. Development of Nanocomposite Antimicrobial Polymeric Materials Containing Silver Nanoparticles. In: Nanomaterials: ApplicationsandProperties (IEEE NAP 2022). Proc. of 12th International Conference "Nanomaterials: Applications and Properties" (September 11-16, 2022, Krakow, Poland). https://doi.org/10.1109/NAP55339.2022.9934675
18. Bruna T., Maldonado-Bravo F., JaraP., Caro N. Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Applications. Int. J. Mol. Sci. 2021. 22(13): 7202. https://doi.org/10.3390/ijms22137202
19. Sonawnae A., Mohanty J., Jacob M. Toxicity and antibacterial assessment of chitosan-coated silver nanoparticles on human pathogens and macrophage cells. Int. J. Nanomedicine. 2012. 7: 180505-18. https://doi.org/10.2147/IJN.S28077
20. Zomorodian K., Veisi H., Mousavi S.M., Ataabadi M.S., Yazdanpanah S., Bagheri J., Mehr A.P., Hemmati S., Veisi H. Modified magnetic nanoparticles by PEG-400- immobilized Ag nanoparticles (Fe3O4@PEG-Ag) as a core/shell nanocomposite and evaluation of its antimicrobial activity. Int. J. Nanomedicine. 2018. 13: 3965. https://doi.org/10.2147/IJN.S161002
21. Shevchenko V.V., Stryutsky A.V., Klymenko N.S., Gumenna M.A., Fomenko A.A., Bliznyuk V.N., Trachevsky V.V., Davydenko V.V., Tsukruk V.V. Protic and aprotic anionic oligomeric ionic liquids. Polymer. 2014. 55(16): 3349. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.04.020
22. Xu W., Ledin P.A., Shevchenko V.V., Tsukruk V.V. Architecture, assembly, and emerging applications of branched functional polyelectrolytes and poly(ionicliquid)s. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7(23): 12570. https://doi.org/10.1021/acsami.5b01833
23. Turkevich J., Stevenson P.C., Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discuss Faraday Soc. 1951. 11: 55. https://doi.org/10.1039/df9511100055
24. Rivas L., Sanchez-Cortes S., García-Ramos J.V., Morcillo G. Current research on silver nanoparticles: Synthesis, characterization, and applications. Langmuir. 2001. 17(3): 574. https://doi.org/10.1021/la001038s
25. Dawadi S., Katuwal S., Gupta A., Lamichhane U., Thapa R., Jaisi S., Lamichhane G., Bhattarai D.P., Parajuli N. Current research on silver nanoparticles: Synthesis, characterization, and applications. J. Nanomater. 2021. 2021: 6687290. https://doi.org/10.1155/2021/6687290
26. Tripathi R.M., Kumar N., Shrivastav A., Singh P., Shrivastav B.R. Catalytic activity of biogenic ilver nanoparticles synthesized by Ficuspanda leaf extract. J. Mol. Catal. B: Enzym. 2013. 96: 75. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2013.06.018
27. Faghri Zonooz N., Salouti M. . Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using cell filtrate of Streptomycess p. ERI-3. Sci. Iran. 2011. 18(6): 1631. https://doi.org/10.1016/j.scient.2011.11.029
28. Kumar B., Smita K., Cumbal L., Debut A. Green synthesis of silver nanoparticles using andean blackberry fruit extract. Saudi J. Biol. Sci. 2017. 24(1): 45. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2015.09.006
29. Barani H., Mahltig B. Using microwave irradiation to catalyze the in-situ manufacturing of silver nanoparticles on cotton fabric for antibacterial and UV-protective application. Cellulose. 2020. 27: 9105. https://doi.org/10.1007/s10570-020-03400-6
30. Meng Y. A Sustainable approach to fabricating Ag nanoparticles/PVA hybrid nanofiber and its catalytic activity. Nanomaterials. 2015.5: 1124. https://doi.org/10.3390/nano5021124
31. Djokic S. Synthesis and Antimicrobial Activity of Silver Citrate Complexes. Bioinorg. Chem. Appl. 2008. 2008: 436458. https://doi.org/10.1155/2008/436458
32. Seo D., Yoo C., Chung I.S., Park S.M., Ryu S., Song H. Shape adjustment between multiply twinned and single-crystalline polyhedral gold nanocrystals: decahedra, icosahedra, and truncated tetrahedra. J. Phys. Chem. C. 2008. 112(7): 2469. https://doi.org/10.1021/jp7109498
33. Mote V.D., Purushotham Y., Dole B.N. Williamson-Hall analysis in estimation of lattice strain in nanometer-sized ZnO particles. J. Theor. Appl. Phys. 2012. 6: 6. https://doi.org/10.1186/2251-7235-6-6
34. Anees Ahmad S., Sachi Das S., Khatoon A., Tahir Ansari M., Afzal M., Hasnain M.S., Nayak A.K. Bactericidal activity of silver nanoparticles: A mechanistic review. Mater. Sci. Energy Technol. 2020. 3: 756. https://doi.org/10.1016/j.mset.2020.09.002
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.255
Copyright (©) 2024 E. A. Lysenkov, O. V. Stryutsky, L. P. Klymenko, V. L. Demchenko
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.